CN112696958A - 闭式蓄热***及其蓄放热方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热能存储领域，提供了一种闭式蓄热***、使用闭式蓄热***进行的蓄热方法以及使用闭式蓄热***进行的放热方法。闭式蓄热***包括：由多个蓄热装置构成的蓄热阵列、缓冲装置、循环泵以及换热装置，其中，所有所述蓄热装置等高布置，所述缓冲装置的顶部位于所述蓄热阵列的底部水平位置以下，其中，所述缓冲装置的顶部与各所述蓄热装置上的连通阀分别连通；在所述缓冲装置的最大允许液位位置，所述缓冲装置与各所述蓄热装置上的排液阀分别连通；并且，所述缓冲装置的底部与各所述蓄热装置上的进液阀依次通过所述循环泵和所述换热装置分别连通。本发明至少能够实现提高蓄热***设备利用率、降低投资成本。

Description

闭式蓄热***及其蓄放热方法

技术领域

本发明涉及热能存储领域，尤其是涉及闭式蓄热***及其蓄放热方法。

背景技术

全球面临着能源和环境的双重压力，为了协调社会的发展与自然环境保护的关系，大力发展可再生能源、增加可再生能源在能源格局中的占比已经成为各界人士的共识。目前，储能技术是促进可再生能源发展、解决能源供应问题的主要途径。储能技术中应用最广泛、最成熟技术之一就是高温蓄热技术。

高温蓄热技术具有大规模储能的潜力，其储存的热量品位较高，这些热量不仅可以单独用于能量存储，而且还可以与光热***或压缩空气存储能***联合进行储能。高温蓄热***采用的介质一般分为固体介质、相变介质和液体介质。由于固体介质的技术成熟度不高，而相变介质虽然技术成熟，但是其成本以及对***的稳定性和可靠性的要求也比较高，一旦发生热泄露或管路故障，相变介质就可能堵塞管网甚至储罐，因此高温蓄热***常用的介质还是液体介质中的导热油。

但是，常规导热油蓄热***在设计和应用时，需要同时配备相同数量的高温油罐和低温油罐。蓄热时，低温导热油罐中的导热油经加热后全部进入高温导热油罐中存储，同时低温导热油罐空置；放热时，高温导热油罐中的导热油经冷却后全部进入低温导热油罐中存储，同时高温导热油罐空置。因此，导热油罐的利用率不高、空置率较大，同时***需要的罐体容量高于实际导热油容量的二倍，造成投资成本较大。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供闭式蓄热***及其蓄放热方法，以至少实现提高蓄热***设备利用率、降低投资成本。

根据本发明第一方面的实施例，提供了一种闭式蓄热***，包括：由多个蓄热装置构成的蓄热阵列、缓冲装置、循环泵以及换热装置，其中，所有所述蓄热装置等高布置，所述缓冲装置的顶部位于所述蓄热阵列的底部水平位置以下，其中，所述缓冲装置的顶部与各所述蓄热装置上的连通阀分别连通；在所述缓冲装置的最大允许液位位置，所述缓冲装置与各所述蓄热装置上的排液阀分别连通；并且，所述缓冲装置的底部与各所述蓄热装置上的进液阀依次通过所述循环泵和所述换热装置分别连通。

根据本发明的实施例，各所述连通阀安装在各相应的所述蓄热装置的顶部；各所述排液阀安装在各相应的所述蓄热装置的底部；并且，各所述进液阀安装在各相应的所述蓄热装置的最大允许液位位置处。

根据本发明的实施例，所述换热装置与外部热源或冷源连通。

根据本发明的实施例，所述缓冲装置和各所述蓄热装置的最大许用温度和许用压力相同，并且各所述蓄热装置的容量相同。

根据本发明的实施例，在各所述蓄热装置的最大允许液位和零液位处，各所述蓄热装置均设置有液位和温度检测装置。

根据本发明的实施例，所述蓄热阵列构造成：在处于蓄满热量状态时，有且仅有其中一个所述蓄热装置处于零液位状态。

根据本发明第二方面的实施例，提供了一种使用如上所述的闭式蓄热***进行的蓄热方法，所述换热装置与外部热源连通，所述蓄热方法包括以下步骤：

S1：检测是否有蓄热装置同时处于非零液位和未蓄热量状态；若是，则将该蓄热装置标记为待排液装置并打开对应的排液阀且执行步骤S2；若否，则提示***达到最大蓄热量并跳出执行程序；

S2：检测同时处于非最大允许液位和蓄满热量状态的蓄热装置或处于零液位的蓄热装置，并将该蓄热装置标记为待进液装置，打开对应的进液阀并执行步骤S3；

S3：启动循环泵并执行步骤S4。

根据本发明的实施例，蓄热方法还包括以下步骤：

S4：同时检测步骤S1中待排液装置和步骤S2中待进液装置的蓄热装置的液位；若待排液装置液位达到零液位，则关闭对应的排液阀并执行步骤S5；若待进液装置液位达到最大允许液位，则关闭对应的进液阀并执行步骤S6，同时保持循环泵的运行；

S5：检测是否有蓄热装置同时处于非零液位和未蓄热量状态；若是，则将该蓄热装置标记为待排液装置并打开对应的排液阀且执行步骤S4；若否，则提示***达到最大蓄热量并跳出执行程序；

S6：检测同时处于非最大允许液位和蓄满热量状态的蓄热装置或处于零液位的蓄热装置，并将该蓄热装置标记为待进液装置，打开对应的进液阀并执行步骤S4。

根据本发明第三方面的实施例，提供了一种使用如上所述的闭式蓄热***进行的放热方法，所述换热装置与外部冷源连通，所述放热方法包括以下步骤：

S1’：检测是否有蓄热装置同时处于非零液位和蓄满热量状态；若是，则将该蓄热装置标记为待排液装置并打开对应的排液阀且执行步骤S2’；若否，则提示***达到最小蓄热量并跳出执行程序；

S2’：检测同时处于非最大允许液位和未蓄热量状态的蓄热装置或处于零液位的蓄热装置，并将该蓄热装置标记为待进液装置，打开对应的进液阀并执行步骤S3’；

S3’：启动循环泵并执行步骤S4’。

根据本发明的实施例，放热方法还包括以下步骤：

S4’：同时检测步骤S1’中待排液装置和步骤S2’中待进液装置的蓄热装置的液位；若待排液装置液位达到零液位，则关闭对应的排液阀并执行步骤S5’；若待进液装置液位达到最大允许液位，则关闭对应的进液阀并执行步骤S6’，同时保持循环泵的运行；

S5’：检测是否有蓄热装置同时处于非零液位和蓄满热量状态；若是，则将该蓄热装置标记为待排液装置并打开对应的排液阀且执行步骤S4’；若否，则提示***达到最小蓄热量并跳出执行程序；

S6’：检测同时处于非最大允许液位和未蓄热量状态的蓄热装置或处于零液位的蓄热装置，并将该蓄热装置标记为待进液装置，打开对应的进液阀并执行步骤S4’。

本发明的有益效果在于：

在本发明提供的闭式蓄热***及其蓄放热方法中，通过控制导热蓄热介质流向和***内部气相空间压力自平衡，能够使蓄热装置的空间利用率达到最大化。通过提升蓄热装置利用率，进一步可以降低设备的投资成本。此外，通过设置缓冲装置，能够使各蓄热装置的最大排液量达到零液位位置，进一步提升了导热蓄热介质的循环利用率，降低了导热蓄热介质的需求量和投资成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的闭式蓄热***的结构示意图。

附图标记：

T1～Tn：蓄热装置；T0：缓冲装置；P：循环泵；H：换热装置；Gv1～Gvn：连通阀；Lv1～Lvn：排液阀；Pv1～Pvn：进液阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

现在参见图1，对本发明的实施例进行详细地描述。应当理解，以下所述的仅是本发明的实施例，并不对本发明构成任何特殊限定。

本发明的实施例提供了一种闭式蓄热***，该闭式蓄热***包括：由多个蓄热装置构成的蓄热阵列、缓冲装置、循环泵以及换热装置。在如图1所示的实施例中，所有蓄热装置均等高布置，并且缓冲装置的顶部位于蓄热阵列的底部水平位置以下。

具体地，如图1所示，缓冲装置的顶部与各蓄热装置上的连通阀分别连通。进一步地，在缓冲装置的最大允许液位位置，缓冲装置与各蓄热装置上的排液阀分别连通。此外，缓冲装置的底部与各蓄热装置上的进液阀依次通过循环泵和换热装置分别连通，从而形成如图1所示的结构。

进一步如图1所示，在本发明的一个实施例中，各连通阀可以安装在各相应的蓄热装置的顶部。另外，各排液阀可以安装在各相应的蓄热装置的底部。进一步地，各进液阀可以安装在各相应的蓄热装置的最大允许液位位置处。

在可选的实施例中，换热装置可以与外部热源或冷源连通。当与外部热源连通时，***可以进行蓄热操作；当与外部冷源连通时，***可以放热操作。如上所述的具体的操作使用方法将在以下进行更详细地描述。

在一个实施例中，缓冲装置和各蓄热装置的最大许用温度和许用压力可以相同，并且各蓄热装置的容量也可以相同。

在一个优选的实施例中，在各蓄热装置的最大允许液位和零液位处，各蓄热装置可以均设置有液位和温度检测装置。并且可选地，蓄热阵列可以构造成：在处于蓄满热量状态时，有且仅有其中一个蓄热装置处于零液位状态。

进一步地，本发明还提供了使用如上所述的闭式蓄热***进行的蓄热方法。在进行蓄热操作时，换热装置与外部热源连通。具体地，蓄热方法可以包括以下步骤：

S1：检测是否有蓄热装置同时处于非零液位和未蓄热量状态；若是，则将该蓄热装置标记为待排液装置并打开对应的排液阀且执行步骤S2；若否，则提示***达到最大蓄热量并跳出执行程序；

S2：检测同时处于非最大允许液位和蓄满热量状态的蓄热装置或处于零液位的蓄热装置，并将该蓄热装置标记为待进液装置，打开对应的进液阀并执行步骤S3；

S3：启动循环泵并执行步骤S4。

对于蓄热方法而言，在本发明的一个实施例中，该方法还可以进一步包括以下步骤：

S4：同时检测步骤S1中待排液装置和步骤S2中待进液装置的蓄热装置的液位；若待排液装置液位达到零液位，则关闭对应的排液阀并执行步骤S5；若待进液装置液位达到最大允许液位，则关闭对应的进液阀并执行步骤S6，同时保持循环泵的运行；

S5：检测是否有蓄热装置同时处于非零液位和未蓄热量状态；若是，则将该蓄热装置标记为待排液装置并打开对应的排液阀且执行步骤S4；若否，则提示***达到最大蓄热量并跳出执行程序；

S6：检测同时处于非最大允许液位和蓄满热量状态的蓄热装置或处于零液位的蓄热装置，并将该蓄热装置标记为待进液装置，打开对应的进液阀并执行步骤S4。

另一方面，本发明还提供了使用如上所述的闭式蓄热***进行的放热方法。在进行放热操作时，换热装置与外部冷源连通。进一步地，放热方法可以包括以下步骤：

S1’：检测是否有蓄热装置同时处于非零液位和蓄满热量状态；若是，则将该蓄热装置标记为待排液装置并打开对应的排液阀且执行步骤S2’；若否，则提示***达到最小蓄热量并跳出执行程序；

S2’：检测同时处于非最大允许液位和未蓄热量状态的蓄热装置或处于零液位的蓄热装置，并将该蓄热装置标记为待进液装置，打开对应的进液阀并执行步骤S3’；

S3’：启动循环泵并执行步骤S4’。

对于放热方法而言，在本发明的一个实施例中，该方法还可以进一步包括以下步骤：

S4’：同时检测步骤S1’中待排液装置和步骤S2’中待进液装置的蓄热装置的液位；若待排液装置液位达到零液位，则关闭对应的排液阀并执行步骤S5’；若待进液装置液位达到最大允许液位，则关闭对应的进液阀并执行步骤S6’，同时保持循环泵的运行；

S5’：检测是否有蓄热装置同时处于非零液位和蓄满热量状态；若是，则将该蓄热装置标记为待排液装置并打开对应的排液阀且执行步骤S4’；若否，则提示***达到最小蓄热量并跳出执行程序；

S6’：检测同时处于非最大允许液位和未蓄热量状态的蓄热装置或处于零液位的蓄热装置，并将该蓄热装置标记为待进液装置，打开对应的进液阀并执行步骤S4’。

对于以上实施例应当理解的是，蓄满热量状态指的是高温状态，即，指***中的蓄热介质都经过加热，已经蓄热升温，温度相对于没有加热、吸热、升温的状态而言；而未蓄热量状态指的是低温状态，即，指蓄热介质没有经过加热，或热的蓄热介质放热后的状态。

现以图1所示为例，对本发明的***和方法的具体使用进行描述。但是应当理解，以下所述仅是示意性的，所述的各种数量和位置仅作为实施例描述。

如图1所示，本发明实施例提供的闭式蓄热***包括n个蓄热装置T1～Tn、缓冲装置T0、循环泵P以及换热装置H。各蓄热装置T1～Tn的顶部设置有连通阀Gv1～Gvn，底部设置有排液阀Lv1～Lvn，并且最大允许液位位置处设置有进液阀Pv1～Pvn。另外，各蓄热装置T1～Tn的最大允许液位位置和零液位位置处设置有温度和液位检测装置(图1中未示出)。此外换热装置H可以根据需要与外部热源或冷源进行换热。

其中，在该实施例中，各蓄热装置T1～Tn的容量相同、许用温度和许用压力也相同，均可用于高温蓄热介质的存储。由于蓄热介质一般在蓄满热量状态下的密度小于未蓄热量状态下的密度，因此优选地，n-1个蓄热装置最大许用储存容积的总和等于或大于蓄满热量状态下蓄热介质的总体积，从而保证在开始蓄热或放热时有且仅有一个空置的蓄热装置。例如蓄满热量状态下蓄热装置T1～Tn-1中满液，Tn处于零液位状态。

此外，在一个实施例中，缓冲装置T0的许用温度和许用压力与各蓄热装置T1～Tn相同，其作用是使各蓄热装置T1～Tn能够排液至零液位，并缓解切换供液蓄热装置期间的蓄热介质供应。因此，缓冲装置T0的位置低于各蓄热装置T1～Tn，优选其最大允许液位低于各蓄热装置的零液位位置，以保证各蓄热装置中的蓄热介质能够完全排空。

同时，缓冲装置T0与各蓄热装置T1～Tn的顶部气腔通过连通阀Gv1～Gvn连通。当某蓄热装置排液或进液时，连通阀打开，使上部气压自动平衡。例如，蓄热装置T1通过缓冲装置T0向蓄热装置Tn排液时，连通阀Gv1、Gvn打开，蓄热装置T1、Tn和缓冲装置T0顶部气腔连通，***内部压力自动平衡。

综上所述，在本发明提供的闭式蓄热***及其蓄放热方法中，通过控制导热蓄热介质流向和***内部气相空间压力自平衡，能够使蓄热装置的空间利用率达到最大化。通过提升蓄热装置利用率，进一步可以降低设备的投资成本。此外，通过设置缓冲装置，能够使各蓄热装置的最大排液量达到零液位位置，进一步提升了导热蓄热介质的循环利用率，降低了导热蓄热介质的需求量和投资成本。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种闭式蓄热***，其特征在于，包括：由多个蓄热装置构成的蓄热阵列、缓冲装置、循环泵以及换热装置，

其中，所有所述蓄热装置等高布置，所述缓冲装置的顶部位于所述蓄热阵列的底部水平位置以下，

其中，所述缓冲装置的顶部与各所述蓄热装置上的连通阀分别连通；在所述缓冲装置的最大允许液位位置，所述缓冲装置与各所述蓄热装置上的排液阀分别连通；并且，所述缓冲装置的底部与各所述蓄热装置上的进液阀依次通过所述循环泵和所述换热装置分别连通。

2.根据权利要求1所述的闭式蓄热***，其特征在于，各所述连通阀安装在各相应的所述蓄热装置的顶部；各所述排液阀安装在各相应的所述蓄热装置的底部；并且，各所述进液阀安装在各相应的所述蓄热装置的最大允许液位位置处。

3.根据权利要求1所述的闭式蓄热***，其特征在于，所述换热装置与外部热源或冷源连通。

4.根据权利要求1所述的闭式蓄热***，其特征在于，所述缓冲装置和各所述蓄热装置的最大许用温度和许用压力相同，并且各所述蓄热装置的容量相同。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的闭式蓄热***，其特征在于，在各所述蓄热装置的最大允许液位和零液位处，各所述蓄热装置均设置有液位和温度检测装置。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的闭式蓄热***，其特征在于，所述蓄热阵列构造成：在处于蓄满热量状态时，有且仅有其中一个所述蓄热装置处于零液位状态。

7.一种使用权利要求1至6中任一项所述的闭式蓄热***进行的蓄热方法，其特征在于，所述换热装置与外部热源连通，所述蓄热方法包括以下步骤：

S1：检测是否有蓄热装置同时处于非零液位和未蓄热量状态；若是，则将该蓄热装置标记为待排液装置并打开对应的排液阀且执行步骤S2；若否，则提示***达到最大蓄热量并跳出执行程序；

S2：检测同时处于非最大允许液位和蓄满热量状态的蓄热装置或处于零液位的蓄热装置，并将该蓄热装置标记为待进液装置，打开对应的进液阀并执行步骤S3；

S3：启动循环泵并执行步骤S4。

8.根据权利要求7所述的蓄热方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S4：同时检测步骤S1中待排液装置和步骤S2中待进液装置的蓄热装置的液位；若待排液装置液位达到零液位，则关闭对应的排液阀并执行步骤S5；若待进液装置液位达到最大允许液位，则关闭对应的进液阀并执行步骤S6，同时保持循环泵的运行；

S5：检测是否有蓄热装置同时处于非零液位和未蓄热量状态；若是，则将该蓄热装置标记为待排液装置并打开对应的排液阀且执行步骤S4；若否，则提示***达到最大蓄热量并跳出执行程序；

S6：检测同时处于非最大允许液位和蓄满热量状态的蓄热装置或处于零液位的蓄热装置，并将该蓄热装置标记为待进液装置，打开对应的进液阀并执行步骤S4。

9.一种使用权利要求1至6中任一项所述的闭式蓄热***进行的放热方法，其特征在于，所述换热装置与外部冷源连通，所述放热方法包括以下步骤：

S1’：检测是否有蓄热装置同时处于非零液位和蓄满热量状态；若是，则将该蓄热装置标记为待排液装置并打开对应的排液阀且执行步骤S2’；若否，则提示***达到最小蓄热量并跳出执行程序；

S2’：检测同时处于非最大允许液位和未蓄热量状态的蓄热装置或处于零液位的蓄热装置，并将该蓄热装置标记为待进液装置，打开对应的进液阀并执行步骤S3’；

S3’：启动循环泵并执行步骤S4’。

10.根据权利要求9所述的放热方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S4’：同时检测步骤S1’中待排液装置和步骤S2’中待进液装置的蓄热装置的液位；若待排液装置液位达到零液位，则关闭对应的排液阀并执行步骤S5’；若待进液装置液位达到最大允许液位，则关闭对应的进液阀并执行步骤S6’，同时保持循环泵的运行；

S5’：检测是否有蓄热装置同时处于非零液位和蓄满热量状态；若是，则将该蓄热装置标记为待排液装置并打开对应的排液阀且执行步骤S4’；若否，则提示***达到最小蓄热量并跳出执行程序；

S6’：检测同时处于非最大允许液位和未蓄热量状态的蓄热装置或处于零液位的蓄热装置，并将该蓄热装置标记为待进液装置，打开对应的进液阀并执行步骤S4’。

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